L’approvisionnement en eau potable de la ville d’Avignon. Impact de l’urbanisation sur la nappe alluviale au confluent Rhône - Durance

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Yves Travi

To cite this version:

Salah Nofal, Bernard Blavoux, Anne Laure Cognard-Plancq, Vincent Marc, Yves Travi.

L’approvisionnement en eau potable de la ville d’Avignon. Impact de l’urbanisation sur la nappe alluviale au confluent Rhône - Durance. Géologues, Société Géologique de France, 2010, pp.61-64.

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L’approvisionnement en eau potable de la ville d’Avignon. Impact de l’urbanisation sur la nappe alluviale au confluent Rhône - Durance

Salah Nofal, Bernard Blavoux, Anne-Laure Cognard-Plancq, Vincent Marc, Yves Travi

.

1. Les cinq auteurs sont au Laboratoire d’Hydrogéologie de l’Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse, UMR 1114 UAPV-INRA « EMMAH » , UFR Sciences, 33 rue Pasteur, 84000 Avignon.

Présentation du périmètre d’étude

La ville d’Avignon s’étend au confluent du Rhône et de la Durance dans une plaine alluviale quaternaire de forme triangulaire qui a pour limites naturelles, le Rhône au nord ouest, la Durance au sud et les collines tertiaires de Chateauneuf-de-Gadagne à l’est (Fig.1).Le relief de cette plaine est peu marqué du pied des collines à l’altitude de 40 m,à l’est jusqu’au confluent à l’altitude de 16 m,à l’extrême ouest.

La basse plaine alluviale s’inscrit dans un contex- te majoritairement urbanisé où les territoires agricoles n’occupent plus que 30% de la surface. Trois principaux canaux d’irrigation permettent d’alimenter en eau ces terres agricoles de manière gravitaire à l’aide de filioles. Ils jouent un rôle important dans l’aménagement de la région d’Avignon. Le canal Puy, au sud, mis en service en 1808 et long de 10 km permet de desservir 140 ha irrigués (état en 2000) dans la ceinture verte d’Avignon au niveau des berges de la Durance. Le canal Crillon, créé en 1775, s’étend du sud vers le nord sur prés de 19 km en comptant ses principales filioles et irrigue 700 ha de parcelles. Le canal de l’Hôpital-Durançole, en position intermédiaire, a été mis en service dés le XIII

siècle ; il irrigue 266 ha au sud- est de l’agglomération et se termine en ville en traver- sant plusieurs de ses quartiers (Fig.1).

Contexte géologique

Les alluvions grossières qui constituent la basse plaine d’Avignon proviennent majoritairement du Rhône, dans une moindre mesure, du cône de déjection de la Durance en partie sud, au moment où celle-ci abandon- nait son ancien lit, qui l’amenait directement à la Médi- terranée via la Crau, pour faire irruption dans le bas Rhône. Cet évènement date probablement ces dépôts du Würm récent et de l’Holocène. L’épaisseur moyenne des alluvions de la basse plaine est de 15 m. Elles sont géné- ralement recouvertes de limons d’inondation argilo- sableux, d’épaisseur variant de 1 à 4 m.

Le substratum de ces alluvions,reconnu par de nom- breux forages,est constitué essentiellement par des marnes attribuées au Miocène (Burdigalien) qui affleure à l’est et que l’on retrouve à l’ouest sur l’autre rive du Rhône. Certains forages cependant ont rencontré directement les calcaires du Barrémien sous les alluvions. Cette hétérogénéité du substratum s’accompagne aussi d’une morphologie com-

plexe puisque des pointements de calcaire crétacé s’élèvent au dessus de la plaine d’Avignon, comme au rocher des Doms qui supporte le Palais des Papes et au Mont de Vergues à Montfavet (Fig.2).Quelques Lambeaux d’une basse terrasse du Rhône émergent aussi de quelques mètres au dessus de la plaine alluviale à l’Est de Montfavet. La coupe hydro- géologique SE-NW reconstituée à partir de quelques forages profonds (Fig. 3) rend bien compte de ce contexte.

Le système aquifère alluvial

Les alluvions récentes du Rhône et de la Durance for- ment le réservoir d’une nappe importante. Conformément à la nature des matériaux, des sables grossiers riches en galets, la perméabilité est élevée, de l’ordre de 5.10

m/s.

L’emmagasinement moyen, calculé par essais de nappe, est de l’ordre de 6 % (Bogner, 2004), une valeur quasi équi- valente à celle de 5 % avancée par Burgéap (1995) pour la porosité efficace, car la nappe est généralement libre.

Une carte piézomètrique détaillée, établie en juillet 2010, soit en période de hautes eaux (Fig. 4), montre un écoulement général E.SE-W.NW dans la partie sud-est de la plaine, révélant une alimentation par la Durance accen- tuée et perturbée par les importants pompages du champ captant d’Avignon. Plus au nord, les écoulements sont franchement Est-Ouest. Le gradient de la nappe est com- pris entre 1,5 ‰ et 3 ‰ et varie selon les secteurs et la sai- son. La nappe circule assez rapidement dans les alluvions (plusieurs mètres par jour). Cette nappe n’est pas pro- fonde, 5 mètres sous la surface du sol en hautes eaux pour sa partie amont et 3 mètres seulement en aval c’est-à-

Figure 1.Situation géographique de la plaine alluviale d’Avignon (source 61

Salah Nofal, 2010).

2. DREAL (Direction Régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement) aujourd’hui.

3. Provence - Alpes - Côte d’Azur.

dire sous le centre ancien d’Avignon et sa proche péri- phérie. Cet état de fait est un obstacle majeur au creuse- ment de sous sols et parkings dans l’agglomération.

La réalimentation de l’aquifère alluvial d’Avignon par les surplus de l’irrigation gravitaire est bien mise en évidence par les variations de niveau de trois piézomètres de l’ancien réseau de surveillance de la DIREN

- PACA

(Fig.

5). Les deux piézomètres amont accusent classiquement des oscillations de plus de 3 m alors que le piézomètre aval, proche du niveau de base que constitue le Rhône,

présente des variations inférieures au mètre. Mais la par- ticularité réside dans la régularité et la chronologie sai- sonnières de ces variations. On observe un régime de hautes eaux en été ( juillet) en l’absence de pluie efficace quand l’irrigation est à son maximum et de basses eaux en hiver (février et mars) quand les canaux d’irrigation sont au chômage. Cette particularité persiste, comme le montrent les enregistrements récoltés en 2010 sur deux piézomètres du même périmètre (voir figure 4).

Ainsi, on doit considérer que l’alimentation princi- pale de l’aquifère alluvial d’Avignon se fait sur sa frontière sud-est par les entrées en provenance de la Durance et par la réalimentation de l’irrigation gravitaire sur les terres agricoles. Les pluies efficaces et l’alimentation en prove- nance des versants molassiques ne jouent qu’un rôle mineur.

L’alimentation en eau potable d’Avignon

Le champ captant de la ville d’Avignon

Le champ captant de la Saignonne situé à quelques kilomètres au sud-est d’Avignon (voir figure 1) constitue la seule ressource en eau potable de la collectivité. Il est constitué de 18 puits ou forages d’une profondeur moyenne de 20 m atteignant le substratum marneux.

Ces ouvrages puisent en moyenne 40 000 m

/jour pour 100 000 usagers. Leur capacité maximum peut atteindre 57 000 m

/jour.

La couche de limon de surface a une épaisseur comprise entre 1 et 3 m et une perméabilité de l’ordre de 1.10

m/s. Le réservoir alluvial, constitué de sable grossier à moyen avec de nombreux galets, est épais en moyenne de 17 m et a une perméabilité de 7.10

m/s. Les transmis- sivités mesurées sont comprises entre 5.10

et 2.10

m

/s.

L’écoulement de la nappe se fait vers le nord-ouest, de la rivière vers la nappe, phénomène accentué par les pompages. Les basses eaux correspondent à la période hivernale et à un débit de la Durance inférieur à 20 m

/h,

62

Figure 2. Schéma géologique de la plaine d’Avignon (Bogner, 2004).

Figure 3. Coupe hydrogéologique SE-NW de l’aquifère alluvial (source Salah Nofal, d’après Durozoy 1964).

Figure 4. Carte piézométrique en hautes eaux (source Salah Nofal).

Figure 5. Variations pluriannuelles de niveau dans 3 piézomètres du

système alluvial (Durozoy 1964).

les hautes eaux, à la période estivale (irrigation) ou à des crues de la Durance. Ces observations témoignent d’une double alimentation de l’aquifère par la Durance et par les surplus de l’irrigation gravitaire. Le niveau de la nappe oscille vers 5 m de profondeur,soit au dessous de la base des limons peu perméables ; la nappe est donc libre dans ce secteur.En cas de très forte crue de la Durance,la nappe peut être, pendant quelques jours, captive sous les limons.

L’eau prélevée sur le site de la Saignonne est de bonne qualité, de type bicarbonaté calcique, assez miné- ralisée avec une conductivité électrique de 700 μs/cm et dure. Elle présente des teneurs en sulfate significatives (100 mg/l) d’origine durancienne et des teneurs en nitrates très faibles de l’ordre de 4 mg/l. Préalablement à son refou- lement vers les réservoirs et dans le réseau, l’eau est sté- rilisée par un traitement au bioxyde de chlore.

La ressource est donc abondante, de bonne quali- té mais unique et elle est vulnérable dans un environne- ment urbanisé en pleine extension. Pour sa protection, deux aspects méritent d’être abordés, l’aspect qualitatif avec la vulnérabilité de l’aquifère et les mesures de pro- tection du champ captant mais aussi l’aspect quantitatif avec l’impact possible de la diminution des surfaces agri- coles irriguées sur l’alimentation de l’aquifère.

Vulnérabilité de la ressource et protection

La nappe est peu profonde (5 m) et de ce fait très vul- nérable. Sa seule protection naturelle est assurée par la couche de limon de surface qui assure une forte rétention et une infiltration lente. Mais son épaisseur est quelquefois réduite à 1 m et cette couche de protection peut être déca- pée lors de chantiers de construction ou d’aménagement.

La Durance,qui alimente la nappe,n’est éloignée que de 700 m des premiers ouvrages de captage et les temps de trans- fert depuis ses berges sont de l’ordre de 10 jours.

De nombreuses études ont été menées (Ciron, 1986 et Garnier, 1987) pour une nouvelle délimitation des péri- mètres de protection (Fig.6).Le périmètre de protection rap- prochée a été étendu au lit de la Durance sur ses deux berges et sur une distance de prés de 4 km vers l’amont et le périmètre de protection éloignée agrandi vers l’est - sud-est de façon à englober le technopôle d’Agroparc et la zone aéroportuaire.

La construction de la ligne TGV qui traverse le péri- mètre rapproché sur prés de 1 200 m entre la Durance et les puits, à quelque 600 m de ceux ci (voir figure 6), a nécessité de la part de la SNCF d’importants travaux de protection du champ captant avec la mise en place d’un dispositif hydraulique destiné à intercepter toute pollution de la nappe pouvant résulter du chantier (Burgéap, 1995).

Une barrière hydraulique constituée par 5 ouvrages de pompage disposés entre le champ captant et la ligne TGV

(Fig. 7) a pour fonction de créer une dépression continue dans la nappe sur toute la largeur du front (700 m) capable d’intercepter d’éventuelles pollutions. Les eaux pompées par la barrière hydraulique sont rejetées en aval, dans la Durance, par une conduite de 1 km.

Un essai de fonctionnement de la barrière hydrau- lique durant 15 jours avec une simulation de transfert de pollution par injection de 2 traceurs (iodure de sodium et amino G acide) a confirmé l’efficacité de la protection dynamique du champ captant.

Ce dispositif n’a pas eu à fonctionner pendant toute la durée des travaux TGV. Il reste néanmoins en pla- ce et constitue un ouvrage de protection du champ cap- tant contre une pollution accidentelle en provenance de la Durance. Il n’a pas été possible jusqu’à présent de trou- ver pour la ville d’Avignon une ressource de substitution 63

Figure 6.Tracé des périmètres de protection du champ captant d’Avignon (source Salah Nofal, 2010, d’après Burgéap 1995).

Figure 7. Schéma du dispositif de la barrière hydraulique et de son fonc-

tionnement (Burgéap, 1995).

dans la nappe alluviale en relation avec le Rhône, notam- ment à cause de teneurs élevées en fer et manganèse entraînées par les aménagements hydrauliques du fleu- ve dans les années 70. C’est pourquoi, en parallèle à ces tra- vaux le réseau AEP d’Avignon a été connecté à celui du Syndicat Rhône-Ventoux, pour assurer une alimentation de crise en cas de pollution survenant à la Saignonne.

Impact des changements d’occupation des sols sur l’alimentation

Le problème est posé et mérite d’être quantifié.

On sait, d’après de nombreuses études menées sur la plai- ne alluviale de Basse Durance, notamment dans la région de Cavaillon (synthèse de B. Blavoux 2003), que 25% des eaux apportées par l’irrigation gravitaire s’infiltrent et réalimentent l’aquifère. Cette évaluation a d’abord été obtenue de manière globale, dés 1991, en utilisant le mar- quage isotopique naturel (

O de la molécule d’eau) des eaux d’origine durancienne. Elle a été confirmée et affinée par des bilans hydrologiques réalisés en 1999 sur le péri- mètre expérimental du canal Saint Julien (Cavaillon). Pour l’ensemble de ces canaux et filioles d’irrigation desser- vant 3 800 hectares, le total des prélèvements s’élevait en 1999 à 162,4 millions de m

, dont 44,5 (27%) avaient réalimenté l’aquifère, comme cela a été montré.

La disparition des zones irriguées dans la partie sud- est de la plaine alluviale d’Avignon porterait donc atteinte à une partie de l’alimentation du champ captant.Même si on peut penser que cette perte serait compensée par des venues de la Durance,il vaut mieux conserver une dualité d’alimen- tation au champ captant,en cas de pollution de la rivière qui nécessiterait l’activation de la barrière hydraulique.

À l’échelle de la plaine alluviale d’Avignon, la pour- suite de l’extension de l’agglomération vers l’est, entraî- nerait la disparition des périmètres encore irrigués et porterait atteinte au soutien de la nappe, à son débit, à son niveau et peut-être à sa qualité.

Conclusion et perspectives

L’alimentation en eau potable de la ville d’Avignon provient d’une source unique en nappe alluviale, le champ captant de la Saignonne qui doit ses débits importants et sa bonne qualité à la seule Durance. Cette alimentation se fait en effet à la fois de façon directe par infiltration de l’eau du fleuve à travers ses berges et de façon indirecte par les surplus infiltrés de l’irrigation gravitaire dont l’eau est déri- vée de cette même Durance un peu en amont.Cette unique dépendance poserait de graves problèmes si la Durance venait à connaître une pollution accidentelle. C’est pour- quoi la ville cherche une ressource alluviale de qualité dépen- dant du Rhône, en vain jusqu’à présent, car les ressources

reconnues sont polluées par le fer et le manganèse.

L’extension de l’agglomération bloquée par le Rhô- ne s’est rapidement faite vers l’Est transformant des terres irriguées en zones résidentielles. L’impact de l’irrigation sur la nappe alluviale s’en trouve réduit. Les conséquences de cette situation ne sont pas quantifiées et on ne saurait dire comment elles sont préjudiciables à la ressource et à sa qualité. C’est pourquoi l’un de nous (S. Nofal) a entrepris un travail de thèse sur ce système hydrogéologique avec com- me objectif l’élaboration d’un bilan en eau au pas de temps mensuel ou évènementiel si possible. Le but ultime sera de proposer un modèle de fonctionnement hydrogéolo- gique de la zone intégrant le rôle du sol et de son usage.

L’installation de la ville sur un aquifère peu profond (3 à 4 m) et abondant pose par ailleurs d’autres problèmes qui ne peuvent pas être développés ici.Outre que cette situa- tion constitue un gros handicap dés que l’on doit creuser des excavations,elle a longtemps interdit à la ville de traiter ses eaux usées qui étaient trop diluées par les entrées d’eau claire du fait que le réseau de collecteurs se trouvait sous le niveau de la nappe. Ainsi, jusque dans les années 1990, les effluents de la zone urbaine d’Avignon étaient évacués vers le Rhône sans traitement préalable car l’application des procédés classiques d’épuration n’était pas envisageable à cause d’une DBO 5 des effluents trop faible (< 8 mg/l) et d’un débit trop élevé, rarement inférieur à 5 m

/s.

Remerciements

Les auteurs remercient M. Ogias et Mme Bizard de la Mairie d’Avignon, MM. Gourmelon et Bahègne ainsi que Mme Guiroy-Vannier de la Communauté du Grand Avi- gnon (COGA) et M. Muscat de la Chambre d’Agriculture de Vaucluse pour les données et renseignements qu’ils nous ont communiqués.

Références

Blavoux B., 2003 : La réalimentation de l’aquifère alluvial par l’irrigation gravitaire en Basse Durance. Études Vauclusiennes n° 70, juillet-décembre 2003.

Bogner C., 2004 : Étude hydrodynamique et hydrochimique de la nap- pe alluviale à la confluence Rhône-Durance, Mémoire de Master 2, Uni- versité d’Avignon, 42 p.

Burgéap, 1995 : État de référence des eaux souterraines et proposition de suivi des impacts - Confluence Rhône/Durance-Bonpas, rapport R/Av. 422 A.4607-C795.221.

Ciron P et Garnier J.-L., 1986 :Vulnérabilité et protection du champ cap- tant de la Saignonne (Vaucluse). Rapport BRGM 86 SGN 284 PAC.

Durozoy G., Gouvernet Cl., Margat J., 1964 : Recherches hydrogéolo- giques dans la zone Avignon-Sorgues. Rapport BRGM, DS-GR 64 A22.

Garnier J.-L., 1987 : Propagation des pollutions accidentelles et pro- tection des ouvrages de captage en nappe alluviale- Site expérimental d’Avignon (84), nappe de la Durance. Rapport BRGM 87 SGN 839 PAC.

Monjuvent G. et al. 1991 : Notice explicative de la feuille Avignon à 1/50 000. Carte géologique de la France à 1/50 000 feuille Avignon.

Édition du BRGM -BP 6009 - Orléans.

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